摘要：目前中國各地大氣污染狀況還不容樂觀，尤其是有機(jī)廢氣污染。隨著國家對大氣環(huán)境污染越來越重視，相關(guān)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)也隨之不斷壯大和發(fā)展，針對有機(jī)廢氣處理設(shè)備也呈現(xiàn)出多種多樣，廠家也越來越多，各自也有各自的的特點(diǎn)。對于客戶來說，一般處理廢氣的原理可以理解，但是是否能夠達(dá)到預(yù)期的處理效果，確有所顧慮。對于設(shè)計單位來說，怎樣為客戶提供一套既可靠又經(jīng)濟(jì)的處理設(shè)備才是關(guān)鍵。結(jié)合以往的實(shí)際工作經(jīng)驗和案例，此次淺談就活性炭處理工藝與催化燃燒處理工藝，在設(shè)計與實(shí)際使用過程中遇到的一些問題和注意點(diǎn)進(jìn)行探討。
1 有機(jī)廢氣處理工藝要素
常見的有機(jī)廢氣處理工藝有：活性炭/棉吸附、生物洗滌吸收、等離子、光催化氧化、冷凝回收、催化燃燒、熱力焚燒等。但選擇哪種合適有效的處理工藝，就需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行工藝比選。
正常情況下，首先需要考慮廢氣中的污染因子、產(chǎn)生濃度、廢氣排放量，其次就是要考慮需要的去除效率，在了解上述兩方面的基礎(chǔ)上，再考慮采用何種工藝。但具體采用哪種工藝合適，還需要進(jìn)一步對廢氣的溫度、濕度、污染因子特性（熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、易燃易爆性、水溶性、是否含有鹵素、粘性）以及非有機(jī)性污染因子（如：顆粒物）等，做進(jìn)一步的分析。同時也要兼顧處理工藝的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及穩(wěn)定性等。
2 活性炭吸附工藝
2.1 工藝原理及適用范圍
活性炭是經(jīng)過活化處理后的碳，其具備比表面積大，孔隙多的特點(diǎn)，使其具有較強(qiáng)吸附能力。顆粒碳比表面積一般可達(dá)700—1200m2/g，其孔徑大小范圍在1.5nm-5um之間。其吸附方式主要通過2種途徑：一是活性炭與氣體分子間的范德華力，當(dāng)氣體分子經(jīng)過活性炭表面，范德華力起主導(dǎo)作用時，氣體分子先被吸附至活性炭外表面，小于活性炭孔徑的分子經(jīng)內(nèi)部擴(kuò)散轉(zhuǎn)移至內(nèi)表面，從而達(dá)到吸附的效果，此為物理吸附；二是吸附質(zhì)與吸附劑表面原子間的化學(xué)鍵合成，此為化學(xué)吸附。活性炭吸附一般適用于大風(fēng)量、低濃度、低濕度、低含塵的有機(jī)廢氣。
2.2 影響吸附效果的因素
活性炭的吸附能力主要是受其本身的比表面積、孔隙大小、分子間力、化學(xué)鍵合成等因素影響；而在實(shí)際應(yīng)用中，對活性炭裝置的設(shè)計，關(guān)鍵是活性炭的過濾面積、過濾風(fēng)速、活性炭的層厚。
活性炭過濾風(fēng)速在《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2026—2013)中，可以查到固定床吸附，采用顆粒狀吸附劑氣體流速宜低于0.6m/s，采用纖維狀吸附劑氣體流速宜低于0.15m/s，采用蜂窩狀吸附劑氣體流速宜低于1.2m/s；過濾面積即可根據(jù)處理風(fēng)量和過濾風(fēng)速計算得出。
碳層厚度的設(shè)計，就需要結(jié)合廢氣的產(chǎn)生濃度、去除效率、活性炭的更換時長等因素進(jìn)行。一般會采用2種方式計算碳層厚度：一是，根據(jù)活性炭需要的更換周期，來確定活性炭的總的裝填量，之后再根據(jù)過濾面積計算碳層厚度；二是，在考慮吸附箱尺寸大小、碳層風(fēng)阻、過濾風(fēng)速的情況下，依照經(jīng)驗直接選定一個厚度值。
以上設(shè)計基于活性炭的吸附速率為一個恒定值或者無限大到可忽略不計的情況下設(shè)計的。而實(shí)際中吸附速率目前還不能有效計算出，不同的碳、不同的過濾風(fēng)速、不同的風(fēng)壓等等，都會影響碳層的速率吸附速率。
同樣的條件下，一般活性炭層的厚度越厚，其去除效率也會越高，但實(shí)際應(yīng)用中，為提高設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，通常要考慮碳層厚度不能無限制的加厚，因此對于活性炭層厚度的選擇，需要根據(jù)去除效率要求和碳本身的吸附速率，進(jìn)行有效設(shè)計計算。
3 催化燃燒工藝
3.1 工藝原理及適用范圍
催化燃燒是利用貴金屬催化劑降低廢氣中有機(jī)物的活化能，使有機(jī)物在較低的溫度（一般在250～300℃左右，不同成分的有機(jī)物，其催化燃燒溫度不一樣）下發(fā)生無火焰燃燒。其原理是廢氣經(jīng)過催化劑時，先被吸附至催化劑表面，然后在一定的溫度下發(fā)生催化燃燒，達(dá)到凈化的目的。目前有機(jī)廢氣處理中常用的催化一般為蜂窩狀鈀金屬催化劑和鉑金屬催化劑，催化燃燒方式有電加熱和燃?xì)饧訜幔紵愋陀兄苯哟呋紵–O）和蓄熱式催化燃燒（RCO）。催化燃燒一般適用于小風(fēng)量、高濃度、高溫的氣態(tài)有機(jī)物，且廢氣中不能含有硫、鉛、汞、砷及鹵素等可使催化劑中毒的因子。
3.2設(shè)計注意點(diǎn)
(1)能耗：催化燃燒需要在一定溫度條件下進(jìn)行，對于低溫氣體就需要進(jìn)行加熱，風(fēng)量越大其耗能越大，運(yùn)行成本也就提高;因此選擇此工藝時，在確保收集效率的前提下，盡可能降低排風(fēng)量，這樣既可提升排氣濃度提升廢氣單位熱值，又可降低風(fēng)量降低能耗;同時也要考慮熱將尾氣中熱量進(jìn)行回收。
(2)設(shè)備開機(jī)預(yù)熱：設(shè)計時設(shè)備預(yù)熱應(yīng)為動態(tài)，而非靜態(tài)預(yù)熱;初始預(yù)熱階段利用的氣體一般為空氣，而非廢氣，待系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計溫度后方可切換為廢氣。
(3)安全：有機(jī)廢氣一般屬于易燃易爆性氣體，雖然濃度高可以回收利用有機(jī)物燃燒產(chǎn)生的部分熱量，降低能耗，但在處理中需要將其濃度控制在爆炸限范圍內(nèi)。一般需要設(shè)置泄爆片、可燃?xì)怏w探測儀、應(yīng)急排空閥、稀釋閥、防火閥等。
(4)熱回收方式：在能耗可接受范圍的情況下，小風(fēng)量一般采用簡易的列管直接熱交換回收熱；對于能耗超出接受范圍的，大風(fēng)量一般需要采用蓄熱式催化燃燒，可提高熱回收效率。
4 活性炭吸脫附與催化燃燒組合工藝
4.1 工藝原理
實(shí)際應(yīng)用中，活性炭吸附與催化燃燒，兩者除了可以單獨(dú)使用外，也可以組合使用。組合使用主要利用兩者之間具有互補(bǔ)性的特點(diǎn)：活性炭吸附適用于大風(fēng)量、低濃度廢氣，催化燃燒適用于小風(fēng)量、高濃度廢氣，且活性炭在高溫下被吸附的有機(jī)物能夠脫附出來。從另一個角度看，此組合工藝可視為活性炭的現(xiàn)場再生利用工藝，既減少了活性炭吸附飽和后的更換處置成本，同時定期的濃縮脫附也避免了因活性炭吸附飽和未及時更換造成的超標(biāo)排放風(fēng)險。
4.2 設(shè)計要點(diǎn)
隨著催化燃燒廢氣處理中應(yīng)用逐漸增多，相關(guān)技術(shù)也已趨于成熟。在設(shè)計方面，主要是以下幾個關(guān)鍵點(diǎn)：一是加熱熱交換與尾氣熱回收熱交換的設(shè)計，二是對催化劑填料層的設(shè)計和催化劑選型，三是對設(shè)備運(yùn)行控制和安全控制設(shè)計。
4.3 設(shè)計注意點(diǎn)
目前氣體加熱、熱交換、催化劑填料層的設(shè)計，都可以查閱相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計計算，但將這些設(shè)備組合為一個系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，因各設(shè)備廠商之間存在市場競爭關(guān)系和技術(shù)保密，關(guān)鍵的設(shè)計計算還無法查閱。現(xiàn)就系統(tǒng)在實(shí)際工程使用中，發(fā)現(xiàn)的一些問題歸納如下。
(1)活性炭升溫和催化燃燒室升溫控制
在使用脫附+催化燃燒時，應(yīng)將催化燃燒室溫度升至工作溫度后，然后再對活性炭進(jìn)行逐步升溫脫附；而有些廠家設(shè)計在催化燃燒室的溫度沒有達(dá)到設(shè)計溫度時，就開始對活性炭進(jìn)行升溫脫附，此種情況造成脫附出的廢氣無法有效的經(jīng)過催化燃燒室燃燒。
(2)催化燃燒室預(yù)熱
催化室預(yù)熱時，未對流動的氣流進(jìn)行動態(tài)加熱，而是對催化室內(nèi)的空氣進(jìn)行靜態(tài)加熱，導(dǎo)致一旦廢氣進(jìn)入催化燃燒室，其催化室溫度急速下降，造成達(dá)不到催化燃燒的溫度。
(3)利用催化燃燒的熱部分尾氣作為活性炭脫附氣體
催化燃燒的尾氣溫度較高，一般300℃左右，為降低能耗，部分廠家設(shè)計是利用處理后的尾氣作為脫附熱氣。活性炭碳的脫附溫度只需要80-90℃，利用尾氣前需要先對尾氣進(jìn)行降溫處理，若不能將溫度降至設(shè)計范圍，就會存在活性炭著火的風(fēng)險；而且脫附產(chǎn)生的有機(jī)廢氣是濃縮廢氣，其濃度較高，與高溫氣體接觸也會存在爆炸的風(fēng)險。如果采用燃?xì)饧訜幔細(xì)馊紵a(chǎn)生的廢氣和燃?xì)獗旧硭糠忠蜃樱矔䦟钚蕴俊⒋呋瘎┰斐刹焕绊懀辉儆腥細(xì)馐褂萌艨刂撇缓茫烊粴馕慈紵苯舆M(jìn)入催化裝置，一旦點(diǎn)火也會發(fā)生爆炸，其風(fēng)險相比電加熱更大。
5 結(jié)束語
綜上所述，對活性炭吸脫附與催化燃燒組合工藝，設(shè)計時應(yīng)采取相應(yīng)對策避免上述問題的發(fā)生，從安全角度考慮，加熱系統(tǒng)采用電加熱，對脫附氣體采用新風(fēng)，其安全系數(shù)更高；從經(jīng)濟(jì)角度考慮，一般采用燃?xì)饧訜幔摳綒怏w采用尾氣;但最終采用何種方式還需現(xiàn)場具體情況來確定。若單獨(dú)使用催化燃燒工藝，其不需要脫附加熱，相應(yīng)風(fēng)險也比組合T藝會降低很多，至于采用哪種方式加熱，也需要結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況來確定。單獨(dú)使用活性炭工藝，其運(yùn)行存在主要風(fēng)險是活性炭的更換周期，目前還沒有簡單有效的方法去確定，只能在設(shè)計時按照經(jīng)驗和計算參數(shù)給定一個建議值。